7.2 Полевые транзисторы

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы с управляемым каналом для тока ОНЗ.

Полевой транзистор содержит 3 электрода:

• Исток – электрод, через который в канал втекают НЗ, создающие ток канала;

• Сток – электорд, через который НЗ вытекают из канала;

• Затвор – управляющий электрод, регулирующий поток НЗ в канале.

Полевой транзистор относится к однополярным транзисторам, т.к. в нем используется движение НЗ только одного знака (через канал движутся либо электроны, либо дырки).

НЗ в полевом транзисторе движутся от Истока к Стоку через канал под действием продольного электрического поля, создаваемого напряжением .

Затвор управляет величиной тока канала с помощью поперечного электрического поля, создаваемого напряжением .

Наличие этих 2-х полей объясняет название “полевой транзистор”.

Полевые транзисторы бывают:

Полевые транзисторы

С управляющим p-n переходом

(с p-n затвором)

С изолированным затвором

(МОП – транзисторы)

металл оксид полупроводник

С наведенным каналом

Со встроенным каналом

7.2.1 Полевой транзистор с p-n затвором

L – длина канала; d – толщина канала

На кремниевой подложке p⁺-типа создается тонкий слой n-типа, выполняющий функцию канала. Канал – слаболегированная область. На концах канала создают сильнолегированные (низкоомные) n⁺-области Истока и Стока. Эти области делают низкоомными, чтобы уменьшить потери полезного сигнала (на малом сопротивлении будет и малое падение полезного напряжения). Область Затвора (p⁺-область) также является сильнолегированной. Подложка используется как второй Затвор или подключается к Затвору.

Рассмотренный полевой транзистор имеет n-канал, существуют транзисторы с p-каналом.

Обозначение:

Принцип действия полевого транзистора

с n-каналом

На Сток подается положительный потенциал относительно Истока. Считаем, что . Под действием этого напряжения ОНЗ (электроны) движутся от Истока к Стоку, образуя ток канала .

Для эффективной работы транзистора p-n переходы, с помощью которых происходит управление этим током, должны быть смещены в обратном направлении. При подключении к переходам обратного напряжения (минус на Затворе, плюс на Истоке) переходы расширяются, следовательно, канал сужается, и ток канала уменьшается.

Таким образом, изменяя напряжение на Затворе , можно управлять током канала.

При определенном напряжении произойдет смыкание переходов, и ток канала станет равным нулю – транзистор запирается.

Характерным для полевого транзистора является очень малый ток в цепи Затвора (Затвор образует с каналом обратно смещенный переход, обладающий большим сопротивлением). В электрических схемах Затвор обычно является входным электродом, поэтому полевой транзистор обладает высоким входным сопротивлением: – достоинство.

Влияние напряжения на сечение канала

Пусть (поперечное поле отсутствует), а напряжение (меняется).

С ростом напряжения растет продольное поле, бо́льшее число зарядов протекает через канал, т.е. ток канала увеличивается. Этот ток создает на омическом сопротивлении канала падение напряжения , которое растет по мере удаления от Истока, т.к. растет омическое сопротивление канала:

Х

Исток Сток

Суммарное напряжение канала является обратным для переходов (плюс подается на n-область), поэтому переходы расширяются, но не равномерно: вблизи Истока они расширяются меньше, чем вблизи Стока (из-за линейного распределения напряжения вдоль канала).

При некотором значении канал вблизи Стока перекрывается:

Исток n-канал Сток

Дальнейшее повышение напряжения приводит к увеличению зоны перекрытия. Ток канала прекращает расти – наступает режим насыщения (рабочий режим полевого транзистора).

Почему при перекрытии канала , а не уменьшается до нуля?

Поскольку напряжение растет по мере удаления от Истока, то потенциал в области перекрытия будет больше потенциала канала (). Возникшая разность потенциалов вызовет появление внутреннего поля, направленного от бо́льшего потенциала к меньшему. Это поле является ускоряющим для электронов, поэтому электроны, подойдя к области перекрытия

переходов, перебрасываются полем в область Стока. Таким образом, несмотря на то, что канал перекрыт, движение НЗ продолжается, т.е. .

Исток Сток

Е_ВН

ВАХ полевого транзистора с p-n затвором

(n-канал)